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JPS623588B2 - - Google Patents
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JPS623588B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS623588B2
JPS623588B2 JP54109946A JP10994679A JPS623588B2 JP S623588 B2 JPS623588 B2 JP S623588B2 JP 54109946 A JP54109946 A JP 54109946A JP 10994679 A JP10994679 A JP 10994679A JP S623588 B2 JPS623588 B2 JP S623588B2
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JP
Japan
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semiconductor layer
semiconductor
region
charge storage
charge
Prior art date
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Expired
Application number
JP54109946A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5633870A (en
Inventor
Junji Sakurai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPS623588B2 publication Critical patent/JPS623588B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、フローテイング半導体基板にチヤー
ジ・ポンピングに依り電荷を蓄積して情報書込み
を行なうメモリ・セルを有する半導体記憶装置の
改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an improvement in a semiconductor memory device having a memory cell in which information is written by accumulating charges in a floating semiconductor substrate by charge pumping.

従来、前記種類の半導体記憶装置として第1図
に見られるものが知られている。
Conventionally, the type of semiconductor memory device shown in FIG. 1 has been known.

図に於いて、1はサフアイアなどの単結晶絶縁
基板、2はエピタキシヤル成長のp型シリコン半
導体層、3は二酸化シリコンのゲート絶縁膜、4
はゲート電極、5はn+型ソース領域、6はn+
ドレイン領域、VGは電源をそれぞれ示す。
In the figure, 1 is a single crystal insulating substrate such as sapphire, 2 is an epitaxially grown p-type silicon semiconductor layer, 3 is a gate insulating film of silicon dioxide, and 4 is a silicon dioxide gate insulating film.
5 represents a gate electrode, 5 represents an n + type source region, 6 represents an n + type drain region, and V G represents a power source.

本装置に於いて情報の書込みを行なうには、ソ
ースを接地し、ドレインの正電圧VDDを印加した
後、ゲート電極4に閾値電圧Vth以上の正の電圧
を加えてゲート絶縁膜3の下側に在る半導体層2
の表面にチヤネルを形成し、次いで急激にゲート
電圧を閾値電圧Vth以下に低下させる。すると、
チヤージ・ポンピング効果に依り、チヤネルに於
ける電子の一部が電気的に浮いた状態に在る半導
体層2に入り込んで滞留することになる。前記ゲ
ート電極4に印加する電圧はパルス状に繰返して
加えると良い。前記操作に依りフローテイングの
半導体層2はソース領域5に対して負にバイアス
される。このときバイアスは、半導体層2とソー
ス領域5間のp・n接合に対して逆バイアスであ
るから、半導体層2内はソース領域5に対して負
にバイアスされたまま保持される。この状態は
MIS・FETにバツク・ゲート・バイアスが印加
されて閾値電圧Vthが高くなつた状態であり、ド
レインに電圧VDDを印加して、流れる電流を検知
すると、フローテイングの半導体層2がソース領
域5と等電位であるとき、即ち、チヤージ・ポン
ピングを行なう以前の状態と比較すると電流量は
低下する。従つて、これに以つて、情報の“1”
或いは“0”の書込み有りとするものである。
To write information in this device, after grounding the source and applying a positive voltage V DD to the drain, a positive voltage equal to or higher than the threshold voltage Vth is applied to the gate electrode 4 to remove the voltage below the gate insulating film 3. Semiconductor layer 2 on the side
A channel is formed on the surface of the cell, and then the gate voltage is suddenly lowered below the threshold voltage Vth. Then,
Due to the charge pumping effect, some of the electrons in the channel enter the semiconductor layer 2, which is in an electrically floating state, and stay there. The voltage applied to the gate electrode 4 is preferably applied repeatedly in a pulsed manner. By the above operation, the floating semiconductor layer 2 is biased negatively with respect to the source region 5. At this time, since the bias is a reverse bias with respect to the p-n junction between the semiconductor layer 2 and the source region 5, the inside of the semiconductor layer 2 is maintained as being negatively biased with respect to the source region 5. This state is
When a back gate bias is applied to the MIS FET and the threshold voltage Vth becomes high, when a voltage V DD is applied to the drain and a flowing current is detected, the floating semiconductor layer 2 is connected to the source region 5. The amount of current decreases when compared with the state before charge pumping, that is, when the potential is equal to that of the current state. Therefore, with this, information “1”
Alternatively, "0" is written.

また、前記書込まれた情報を消去するには半導
体層2の負のバイアスを除去すれば良い。具体的
には、半導体記憶装置の温度を上昇させたり、光
を照射するなどして、p・n接合の逆方向リーク
電流を増加させるようにする。これらの手段は、
装置のメモリ・セル・アレイに格納されている全
ての情報を消去するのに有効である。この外、ゲ
ート電極4に正電圧を印加して、フローテイング
の半導体層2内に於ける負の電荷をチヤネル領域
に集め、次いで、ゲート電極4に印加した電圧を
緩徐に下降させて零にするとチヤージ・ポンピン
グは発生せず前記電荷も消滅する。また、ドレイ
ン領域5、あるいはソース領域4に高電圧を加え
て、アバランシエ・ブレイグダウンをおこさせ、
半導体層2に電子を注入して情報を消去すること
もできる。これらの手段は、メモリ・セル・アレ
イを構成している特定のメモリ・セルに格納され
ている情報を消去するのに有効である。
Further, in order to erase the written information, the negative bias of the semiconductor layer 2 may be removed. Specifically, the reverse leakage current of the p/n junction is increased by increasing the temperature of the semiconductor memory device or by irradiating it with light. These measures are
Effective in erasing all information stored in the device's memory cell array. In addition, a positive voltage is applied to the gate electrode 4 to collect negative charges in the floating semiconductor layer 2 in the channel region, and then the voltage applied to the gate electrode 4 is slowly lowered to zero. Then, charge pumping does not occur and the electric charge disappears. Furthermore, a high voltage is applied to the drain region 5 or the source region 4 to cause avalanche breakdown,
Information can also be erased by injecting electrons into the semiconductor layer 2. These means are effective for erasing information stored in specific memory cells making up a memory cell array.

さて、前記のようなメモリ・セルを有する半導
体記憶装置は従来のMIS・FETと同様な方法で
安価に製造することができ、しかも、メモリ・セ
ルは書換えも可能であるが、未だ改善の余地を多
く残している。
Now, semiconductor storage devices with memory cells as described above can be manufactured at low cost using the same method as conventional MIS/FETs, and the memory cells can also be rewritten, but there is still room for improvement. There are many left behind.

例えば、前記装置では基体1としてサフアイア
などの単結晶絶縁物を用いているが、これは半導
体層2をフローテイング状態にする為であるか
ら、若し、半導体層2がp型であれば、基板1を
n型シリコン半導体に代替しても同効であり、そ
のような構造の装置が第2図として例示されてい
る。
For example, in the above device, a single crystal insulator such as sapphire is used as the substrate 1, but this is to make the semiconductor layer 2 in a floating state, so if the semiconductor layer 2 is p-type, The same effect can be obtained by replacing the substrate 1 with an n-type silicon semiconductor, and a device having such a structure is illustrated in FIG.

第2図は於いて、1′はn型シリコン半導体基
板、7や二酸化シリコン絶縁層をそれぞれ示す。
尚、第1図に関して説明した部分と同部分を同記
号で指示してある。
In FIG. 2, 1' indicates an n-type silicon semiconductor substrate, 7 and a silicon dioxide insulating layer, respectively.
Note that the same parts as those explained with reference to FIG. 1 are indicated by the same symbols.

この種装置は、前記したところから明らかなよ
うに、反転層から半導体層2に注入された電子が
n+型ドレイン領域6、n+ソース領域5などに流
れ込まないうちに半導体層2にトラツプして蓄積
電荷としなければならないが、その半導体層2に
於けるポテンシヤルは第3図に見られ分布になつ
ているので電子を効率良くトラツプすることがで
きず、かなりの量の電子がドレイン領域6に流れ
たり、ソース領域5に戻つたりしている。
As is clear from the above, in this type of device, electrons injected from the inversion layer into the semiconductor layer 2
The charge must be trapped in the semiconductor layer 2 before it flows into the n + type drain region 6, n + source region 5, etc. and become an accumulated charge, but the potential in the semiconductor layer 2 is shown in the distribution as shown in Figure 3. Because of the curve, electrons cannot be trapped efficiently, and a considerable amount of electrons flow into the drain region 6 or return to the source region 5.

本発明は、前記のようにチヤージ・ポンピング
方式のメモリ・セルを有する半導体記憶装置に於
けるメモリ・セルの構造に若干の改変を加えるの
みで電荷の蓄積効率を向上させるものであり、以
下これを詳細に説明する。
The present invention improves the charge storage efficiency by only making slight modifications to the structure of the memory cell in a semiconductor memory device having a charge pumping type memory cell as described above. will be explained in detail.

第4図は本発明一実施例の要部側断面図であ
り、第2図に関して説明した部分と同部分は同記
号で指示してある。
FIG. 4 is a side sectional view of a main part of an embodiment of the present invention, and the same parts as those explained in connection with FIG. 2 are indicated by the same symbols.

本実施例が第2図の装置と相違する点は、ゲー
ト電極4の直下、即ち、チヤネル領域にソース領
域5及びドレイン領域6から離してp-型電荷蓄
積領域8を形成し、それをp+型である半導体層
2′で囲むようにしたことである。
This embodiment differs from the device in FIG. This is because it is surrounded by a + -type semiconductor layer 2'.

このような構成を採ることに依り、ポテンシヤ
ルは第5図に見られるような分布となるので、注
入電子の殆んどは領域8にトラツプされて蓄積電
荷となる。
By adopting such a configuration, the potential becomes distributed as shown in FIG. 5, so that most of the injected electrons are trapped in the region 8 and become accumulated charges.

以上の説明で判るように、本発明の半導体記憶
装置では、電気的にフロートした半導体層に於け
る電荷の蓄積の有無で閾値電圧が変化することを
利用するメモリ・セルを持つた半導体記憶装置に
於いて、前記半導体層のゲート電極直下の部に分
該半導体層と同型電型且つ低濃度に形成された電
荷蓄積領域と、該電荷蓄積領域を介して対向し且
つ該電荷蓄積領域と離して形成され前記半導体層
とは反対導電型であるソース領域及びドレイン領
域を有してなる構成にしたことに依り、前記電荷
蓄積領域に注入されるキヤリヤ、例えば電子を高
効率でトラツプし蓄積することができるものであ
る。
As can be seen from the above description, the semiconductor memory device of the present invention is a semiconductor memory device having a memory cell that utilizes the fact that the threshold voltage changes depending on the presence or absence of charge accumulation in an electrically floating semiconductor layer. a charge storage region formed in a portion of the semiconductor layer directly below the gate electrode and having the same electric type and low concentration as the semiconductor layer; By having a source region and a drain region which are formed in the semiconductor layer and have a conductivity type opposite to that of the semiconductor layer, carriers, such as electrons, injected into the charge storage region can be trapped and stored with high efficiency. It is something that can be done.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図及び第2図は従来例の要部側断面図、第
3図は第2図従来例に於けるポテンシヤル分布を
表わす線図、第4図は本発明一実施例の要部側断
面図、第5図は第4図実施例のポテンシヤル分布
を表わす線図である。 図に於いて、1,1′は基板、2,2′は半導体
層、3はゲート絶縁膜、4はゲート電極、5はソ
ース領域、6はドレイン領域、7は絶縁層、8は
電荷蓄積領域である。
1 and 2 are side sectional views of the main parts of the conventional example, FIG. 3 is a diagram showing the potential distribution in the conventional example shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a side sectional view of the main parts of an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing the potential distribution of the embodiment shown in FIG. In the figure, 1 and 1' are substrates, 2 and 2' are semiconductor layers, 3 is a gate insulating film, 4 is a gate electrode, 5 is a source region, 6 is a drain region, 7 is an insulating layer, and 8 is a charge storage It is an area.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 電気的にフロートした半導体層に於ける電荷
の蓄積の有無で閾値電圧が変化することを利用す
るメモリ・セルを持つた半導体記憶装置に於い
て、前記半導体層のゲート電極直下の部分に該半
導体層と同導電型且つ低濃度に形成された電荷蓄
積領域と、該電荷蓄積領域を介して対向し且つ該
電荷蓄積領域と離して形成され前記半導体層とは
反対導電型であるソース領域及びドレイン領域を
有してなることを特徴とする半導体記憶装置。
1. In a semiconductor memory device having a memory cell that utilizes the fact that the threshold voltage changes depending on the presence or absence of charge accumulation in an electrically floating semiconductor layer, a portion of the semiconductor layer directly below the gate electrode is used. a charge storage region formed to have the same conductivity type and low concentration as the semiconductor layer; a source region opposite to the charge storage region and formed apart from the charge storage region and having a conductivity type opposite to that of the semiconductor layer; A semiconductor memory device comprising a drain region.
JP10994679A 1979-08-29 1979-08-29 Semiconductr memory device Granted JPS5633870A (en)

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